JPH0643810B2 - コンバインドサイクルの空気流量制御装置 - Google Patents

コンバインドサイクルの空気流量制御装置

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JPH0643810B2
JPH0643810B2 JP11060286A JP11060286A JPH0643810B2 JP H0643810 B2 JPH0643810 B2 JP H0643810B2 JP 11060286 A JP11060286 A JP 11060286A JP 11060286 A JP11060286 A JP 11060286A JP H0643810 B2 JPH0643810 B2 JP H0643810B2
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exhaust gas
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガスタービンの排ガスを利用するコンバイン
ドサイクルに係り、特に排ガスの中の残存Oをボイラ
の燃焼用空気として利用する排気再燃形のコンバインド
サイクルに好適な空気流量制御装置に関するものであ
る。
〔従来技術〕
従来の排気再燃形のコンバインドサイクルにおいては、
負荷の増大によりボイラ側の燃料消費量が増えて、ガス
タービン側から供給される排ガスの残存O量だけでは
空気量が不足となる場合、ボイラ側の押込フアンの入口
翼開度を制御して不足分の空気量を外部から直接ボイラ
へ取込んでいた。なお、この種の装置に関しては、特開
昭52−100039号公報,特開昭52−125962号公報に記載の
技術が公知である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術では、ボイラ側の不足分の空気は押込フア
ンを介して大気から直接ボイラに取込まれる為、該取込
大気を予熱する手段を付設してもガスタービン側から供
給されている排ガス温度を下げてしまい、プラントの熱
効率が低下するという問題があつた。
本発明は、排ガス温度を大幅に下げる事なく不足分の空
気を供給することができるコンバインドサイクルの空気
流量制御装置を提供する事を目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題は、ボイラ側に空気量の不足が生じた場合に、
ガイタービン側の空気圧縮機入口案内翼の開度を広げて
ガスタービンの燃焼用空気流量を増大してやり、その二
次的結果としてボイラ側へ供給される排ガスの残存O
を増加させる。このようにして排ガス中のO量を増加
させた場合、該排ガスはガスタービンを駆動した直後の
高温状態であるから、プラント全体の熱効率低下を招く
虞れがなくボイラに供給することが出来る。
〔作用〕
上記の技術によれば、ボイラ側に空気量の不足が生じて
も、供給される空気流量の増加は、ガスタービンで一旦
燃焼された高温の排ガス量の増加という形態なされるの
で、不足分の空気量を補うべく供給しても排ガス温度が
下がる事がない。
〔実施例〕
以下、図面を参照してこの発明の一実施例について説明
する。第1図は本発明の一実施例の排気再燃式コンバイ
ンドサイクルの構成を示す。空気圧縮機入口案内翼1を
通つてガスタービン燃焼用空気4に、空気圧縮機5で圧
縮され、この高圧空気によつてガスタービン燃料6を燃
焼器7内で燃焼させる。この燃焼で得られた高温高圧の
燃焼ガスでガスタービン8を回し、発電機9によつて電
気エネルギーを得る。ガスタービン8で仕事を終えた高
温の排ガス11は、排気ダクト10を通つてボイラ14
へ流れていく。このボイラ14では、排ガス11中の残
存Oによつてボイラ燃料15を燃焼させ、高温の排ガ
ス温度をさらに高める。この高温排ガスの熱エネルギー
によつてボイラ14は高温高圧の蒸気を発生させる。ボ
イラ14で熱を回収されて降温した排ガスは煙突16を
通つて大気へ放出される。ボイラ14の負荷が増大して
排ガス11中の残存Oだけでは空気が不足する場合に
備えて、外気から新たな空気を供給できるように、ボイ
ラ押込フアン入口翼17,ボイラ押込フアン20,ボイ
ラ補給空気取込口ダンパ21で構成されるボイラ補給用
空気12ラインを設備してある。
ガスタービン側の空気圧縮機入口案内翼1は、空気圧縮
機入口案内翼駆動装置2によつて開度調節ができる可変
翼で、最大開度になつたことが検出できる入口案内翼最
大開度リミツトスイツチ3を具備している。ボイラ側の
押込フアン入口翼17は、ボイラ押込フアン入口翼駆動
装置18によつて開度調節ができる可変翼で、最小開度
になつたことが検出できるボイラ押込フアン入口翼最低
開度リミツトスイツチ19を具備している。
次に、空気圧縮機入口案内翼駆動装置2及びボイラ押込
フアン翼駆動装置18の制御構成について説明する。排
ガス流量設定信号22と排ガス流量検出信号13とは加
算器23へ入力されている。加算器23からの偏差信号
24は低値信号モニタ25,高値信号モニタ26及び、
入口案内翼開度制御切替指令29の接点を介して入口案
内翼開度制御用比例積分器31へ接続されると共に、ボ
イラ押込フアン入口翼開度制御切替指令30の接点を介
してボイラ押込フアン入口翼開度制御用比例積分器34
へ接続されている。入口案内翼開度制御用比例積分器3
1からの出力信号は上下限制限器32を介して空気圧縮
機入口案内翼開度制御信号33として空気圧縮機入口案
内翼駆動装置2へ伝達される。ボイラ押込フアン入口翼
開度制御用比例積分器34からの出力信号は上,下限制
限器35を介してボイラ押込フアン入口翼開度制御信号
36としてボイラ押込フアン入口翼駆動装置18へ伝達
される。高値信号モニタ26から出力される信号28と
ボイラ押込フアン入口翼最低開度リミツトスイツチ19
のAND条件と低値信号モニタ25からの出力信号27
とのOR条件によつて入口案内翼開度制御切替指令29
が構成されている。一方ボイラ押込フアン入口翼開度制
御切替指令30は、低値信号モニタ25からの出力信号
27と入口案内翼最大開度リミツトスイツチ3のAND
条件と高値信号モニタ26からの出力信号28とのOR
条件で構成されている。以上が、排気再燃式コンバイン
ドサイクルの通風系統と空気流量制御設備との全体構成
である。
次に空気流量制御設備の動作について説明する。
排気再燃のボイラ14は、ガスタービン8の排ガス11
の残存Oによつてボイラ燃料15を燃焼させている
が、ボイラ14の負荷が増大してボイラ燃料15が増加
すると、これに伴い燃焼に必要な空気量も増加させる必
要がある。この様にボイラ燃料15が増加すると、必要
空気量を確保する為に排ガス流量設定信号22が増加す
る。これによつて排ガス流量検出信号13との間に偏差
信号24が生じるが排ガス流量設定信号22よりも排ガ
ス流量検出信号13の方が小さい場合はマイナス偏差と
なり、低値信号モニタ25側から出力信号27が発せら
れて入口案内翼開度制御切替指令29が成立する。これ
によつてマイナスの偏差信号29は入口案内翼開度制御
用比例積分器31へ入力される。比例積分信号は上下限
制限器32を通り入口案内翼開度制御信号33として空
気圧縮機入口案内翼駆動装置2へ伝達され、駆動装置2
はこの信号を受けて空気圧縮機入口案内翼1を開方向へ
動かす。この結果ガスタービン燃焼用空気4が増大し、
これによつて排ガス11も増加してボイラ側に必要な空
気量が確保される。目標とする排ガス量に達すると偏差
信号24は零となり、この状態で入口案内翼開度が整定
される。ボイラ側の負荷が大きくてボイラ燃料量が非常
に多い場合には入口案内翼開度はやがて全開となる。こ
の入口案内翼開度が全開となつてもマイナス偏差のまま
の状態(すなわち目標に対して空気の量が不足の状態)
になると、入口案内翼最大開度リミツトスイツチ3と低
値信号モニタ25からの出力信号27のAND条件が成
立し、ボイラ押込フアン入口翼開度制御切替指令30の
出力によつてマイナスの偏差信号24はボイラ押込フア
ン入口翼開度制御用比例積分器34へ入力される。この
比例積分信号は上下限器35を通りボイラ押込フアン入
口翼開度制御信号36としてボイラ押込フアン入口翼駆
動装置18へ伝達され、ボイラ押込フアン入口翼17を
開方向へ動かす。この結果ガスタービン側の入口案内翼
全開時の排ガス11に加えて、不足分空気としてボイラ
補給用空気12が供給される。ボイラ側から要求される
排ガス流量設定量と、「ガスタービン側の排ガス量とボ
イラ側の補給空気量との総和と」がバランスしたとき、
偏差信号24が零となつてボイラ押込フアン入口翼開度
が整定される。
この様な状況下において、ボイラ14の負荷が低下して
ボイラ燃料15が減少すると、燃料量に対して空気量が
過剰となる為、最適燃焼とする為の排ガス流量設定信号
22が与えられる。これによつて排ガス流量検出信号1
3との間にプラス偏差信号を生じ、高値信号モニタ26
から出力信号28が発せられ、ボイラ押込フアン入口翼
開度制御切替指令30が成立する。これによつてプラス
の偏差信号29はボイラ押込フアン入口翼開度制御用比
例積分器34へ入力される。ここからの比例積分信号は
上,下限制限器35を通りボイラ押込フアン入口翼駆動
装置18へ伝達され、ボイラ押込フアン入口翼17を閉
方向へ動かす。この結果、まず大気から直接取込してい
るボイラ補給用空気12が減らされて過剰空気が低減さ
れる。ボイラ側から与えられた排ガス設定量と等しい排
ガス総量になると、偏差信号24は零となり、ボイラ押
込フアン入口翼17の開度は整定される。ボイラ側の燃
料が更に減少し、ボイラ押込フアン入口翼17の開度を
最小にしても、まだ空気過剰状態を表わすプラス偏差信
号が持続すると、高値信号モニタ26からの出力信号2
8に加えてボイラ押込フアン入口翼最小開度リミツトス
イツチ19の入力によつて、ガスタービン側の入口案内
翼開度制御切替指令19が成立し、プラス偏差信号24
が入口案内翼開度制御用比例積分器31へ入力される。
ここからの比例積分信号は上,下限制限器32を通り空
気圧縮機入口案内翼開度制御信号33として空気圧縮機
入口案内翼駆動装置2へ伝達され、空気圧縮機入口案内
翼1を閉方向へ動かす。この結果ガスタービン燃焼用空
気4が減り、ボイラ側に必要な排ガス量になるまで入口
案内翼の開度が絞り込まれる。
以上に説明した実施例においては、ボイラ側の負荷の増
大によつて空気量が不足すると、まずガスタービン側の
燃焼空気量が増加し、その結果ガスタービンで仕事を終
えたあとの高温の排ガス内の残存Oが増加するので、
ボイラ側にとつては高温の空気が補給された事と同じ結
果となる。また、高温の排ガス量も増えるので、熱エネ
ルギーが補給された事と同じ効果が得られ、燃料量ベー
スで従来のものと比較すると、同一燃料量であつても本
発明の実施例では高温高圧の蒸気出力が得られる。従つ
て、同一負荷ベースであれば、従来よりも燃料が少なく
て済む。ボイラ側の負荷が減少して空気過剰になつた場
合、このときボイラ側の押込フアンからも空気を供給し
ていたならば、空気温度の低い押込フアンから先に空気
絞り込みがなされ、引き続きガスタービン側の燃焼空気
量の絞り込みという順で過剰空気の低減が行われる。ま
たガスタービンの特性上、燃焼空気量を絞り込みすると
排ガス温度が上昇する。従つて本発明の実施例による過
剰空気絞り込みでは、絞り込む程に排ガス温度が高くな
るので、ボイラ低負荷時の燃料消費率は従来に比べて大
幅に低減できる。以上の様に本発明の実施例によれば、
ボイラの負荷が増える方向でも、低負荷領域でも、従来
に比べてボイラの燃料消費が少なくて済むという効果が
ある。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ボイラ側の不足分の空気の供給は、ガ
スタービン側の高温の排ガス量の増加という形態で行わ
れ、ボイラ側の通風温度を下げる事が無いのでプラント
全体の熱効率を向上する事ができる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例の排気再燃式コンバインドサ
イクルの作動流体の系統図に制御系統を付記した説明図
である。 1……空気圧縮機入口案内翼、2……空気圧縮機入口案
内翼駆動装置、3……入口案内翼最大開度リミツトスイ
ツチ、4……ガスタービン燃焼空気、5……空気圧縮
機、6……ガスタービン燃料、7……燃焼器、8……ガ
スタービン、9……発電機、10……排気ダクト、11
……排ガス、12……ボイラ補給用空気、13……排ガ
ス流量信号、14……ボイラ、15……ボイラ燃料、1
6……煙突、17……ボイラ押込フアン入口翼、18…
…ボイラ押込フアン入口翼駆動装置、19……ボイラ押
込フアン入口翼最低開度リミツトスイツチ、20……ボ
イラ押込フアン、21……ボイラ補給空気取込口ダン
パ、22……排ガス流量設定信号、23……加算器、2
4……偏差信号、25……低値信号モニタ、26……高
値信号モニタ、27……低値信号モニタからの出力信
号、28……高値信号モニタからの出力信号、29……
入口案内翼開度制御切替指令、30……ボイラ押込フア
ン入口翼開度制御切替指令、31……入口案内翼開度制
御用比例積分器、32……上,下限制限器、33……空
気圧縮機入口案内翼開度制御信号、34……ボイラ押込
フアン入口翼開度制御用比例積分器、35……上,下限
制限器、36……ボイラ押込フアン入口翼開度制御信
号。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】可変の入口案内翼を備えた空気圧縮機の吐
    出空気によつて燃料を燃焼させ、その燃焼ガスによつて
    ガスタービンを駆動し、かつ、該ガスタービンの排ガス
    中に燃料を噴射して燃焼せしめるボイラを設けたコンバ
    インドサイクルの原動機プラントにおいて、 (a)前記の入口案内翼を開閉する入口案内翼駆動装置
    と、 (b)前記ガスタービンの排ガスの流量を検出する手段
    と、 (c)前記のボイラが必要とする排ガス流量を設定する手
    段と、 (d)前記(b)項の手段による排ガス流量検出値と前記(c)
    項の手段による排ガス流量設定値とを比較する機能を備
    えた制御機構とを設け、かつ、前記比較制御機構は、排
    ガス流量検出値が排ガス流量設定値よりも小なるときは
    前記入口案内翼を開く方向に同駆動装置を作動せしめる
    と共に、排ガス流量検出値が排ガス流量設定値よりも大
    なるときは前記入口案内翼を閉じる方向に同駆動装置を
    作動せしめるように構成したことを特徴とする、コンバ
    インドサイクルの空気流量制御装置。
  2. 【請求項2】前記のボイラは、燃焼用空気として大気を
    導入する流路を設けると共に該流入大気流量の調節手段
    を備えたものであり、かつ、前記の比較制御機構は上記
    の調節手段を作動せしめる機能を兼ね備えたものである
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のコンバ
    インドサイクルの空気流量制御装置。
  3. 【請求項3】前記の入口案内翼は、全開状態となつたこ
    とを検知する手段を備えたものとし、かつ、前記の比較
    制御機構は上記の入口案内翼が全開されていないときは
    前記の流入大気流量を零ならしめるように同調節手段を
    作動せしめ、前記入口案内翼が全開された状態において
    のみ大気を流入せしめるように大気流量調節手段を作動
    せしめる構造であることを特徴とする特許請求の範囲第
    2項に記載のコンバインドサイクルの空気流量制御装
    置。
JP11060286A 1986-05-16 1986-05-16 コンバインドサイクルの空気流量制御装置 Expired - Lifetime JPH0643810B2 (ja)

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JPS62267527A JPS62267527A (ja) 1987-11-20
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JP3707089B2 (ja) * 1994-12-26 2005-10-19 石川島播磨重工業株式会社 排気再燃型コンバインドサイクルプラントにおけるプラント制御装置
JP4699130B2 (ja) * 2005-08-03 2011-06-08 三菱重工業株式会社 ガスタービンの入口案内翼制御装置

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